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Forscher entdecken neue Ursache für Superbeben

Superbeben wurden bisher mit Reibungsunterschieden zwischen tektonischen Platten erklärt. ETH-Forscher liefern nun eine neue Erklärung für die Entstehung der zerstörerischen Naturereignisse.

Sogenannte Subduktionszonen gibt es etwa vor der Küste Südamerikas, im Nordwesten der USA, vor Sumatra und in Japan: Dorfarbeiter vor dem Vulkan Sinabung im Norden Sumatras. (2. April 2015)
Sogenannte Subduktionszonen gibt es etwa vor der Küste Südamerikas, im Nordwesten der USA, vor Sumatra und in Japan: Dorfarbeiter vor dem Vulkan Sinabung im Norden Sumatras. (2. April 2015)

Wo Erdplatten untereinander abtauchen, kann es zu gewaltigen Superbeben kommen. Forscher vermuten, dass das Tohoku-Beben von 2011 – das 15'000 Menschen tötete und das Atomkraftwerk Fukushima zerstörte – ein solches war. ETH-Forscher liefern nun eine Erklärung für ihre Entstehung.

Ein Superbeben markiert das Ende eines sogenannten Superzyklus. Dabei brechen bei den ersten, kleineren Erdbeben zunächst nur Teile eines Abschnitts zweier sich untereinander schiebenden Kontinentalplatten. Solche sogenannten Subduktionszonen gibt es etwa vor der Küste Südamerikas, im Nordwesten der USA, vor Sumatra und in Japan.

Beim finalen «Superbeben» bricht dann der ganze Abschnitt – mit verheerenden Folgen:

Entstehung eines Tsunamis: Animation eines durch Subduktion ausgelösten Unterwasser-Bebens. Video: Youtube / Tsunami Videos (27. Februar 2010)

Bisherige Erklärungen gingen davon aus, dass diese schrittweisen Brüche wegen unterschiedlicher Reibungseigenschaften des Untergrunds an der Überschiebung entstehen, wie die ETH Zürich in einer Mitteilung schreibt.

Eine Modellstudie von Forschern der ETH Zürich zeigt nun aber auf, dass Superzyklen auch ohne diese Reibungsunterschiede erklärt werden können – allein durch die Breite der Erdbeben erzeugenden Zone. Die Ergebnisse präsentieren sie im Fachjournal «Nature Geoscience».

Breite der seismogenen Zone für Subduktionszonen: Durchschnittlliche Breite liegt bei 111 Kilometern. (Grafik: ETH Zürich)
Breite der seismogenen Zone für Subduktionszonen: Durchschnittlliche Breite liegt bei 111 Kilometern. (Grafik: ETH Zürich)

Wenn sich zwei Platten übereinander schieben, gibt es Zonen, wo sie sich ineinander verkeilen und sich eine Spannung aufbaut. Wenn diese zu gross wird, bricht der Untergrund in dieser Zone – ein Erdbeben entsteht. Die Modelle zeigen nun, dass bei den ersten Erdbeben in einem Superzyklus nur die äussersten Teile der Erdbeben-Zone brechen.

Dann stoppt der Bruch wieder, bis sich wieder mehr Spannung aufgebaut hat. In schmalen Erdbeben-Zonen kann bereits ein einzelnes Erdbeben die gesamte Zone durchbrechen. In breiteren Zonen ab etwa 120 Kilometern jedoch entlädt sich die Spannung in mehreren Erdbeben und erst zuletzt im Super-Erdbeben.

Vereinfachte Darstellung einer Subduktionszone. (Grafik: ETH Zürich)
Vereinfachte Darstellung einer Subduktionszone. (Grafik: ETH Zürich)

Tatsächlich seien Superzyklen bisher nur in Subduktionszonen beobachtet worden, deren seismogene Zone breiter ist als rund 110 Kilometer, erklärte Erstautor Robert Herrendörfer von der ETH Zürich in der Mitteilung.

Die Forscher konnten noch weitere Regionen definieren, die von Superzyklen betroffen sein könnten: die Subduktionszonen vor Kamtschatka, den Antillen, Alaska und Java. Ihre Methode könne auch für kontinentale Kollisionszonen angewendet werden, erklärten die Forscher – zum Beispiel für die Himalaya-Region, in der am vorletzten Samstag das Nepal-Erdbeben geschah.

Die Forscher wollen mit ihrer Arbeit das theoretische Verständnis über Erdbebenzyklen vergrössern. Dies könnte künftig bei der Abschätzung der langfristigen Erdbebengefahr helfen. Die theoretischen Modelle liessen den Vergleich mit der Natur aber nur eingeschränkt zu und seien nicht für die Erdbebenvorhersage geeignet, schränkte Herrendörfer ein.

SDA/pst

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